Электронды есептеуіш машиналар

Жоспарлар анықталып, жобаны жүзеге асыру мүмкін  екендігіне көз жеткізілгенмен,машинаны құру кезінде белгілі бір қиындықтар болды. Бээидж өзінің идеяларымен  келіспеген әрбір адаммен дискуссияға түсіп  отыратын. Машинаны барлық бөліктері  қолмен жасалу керек болды. Мыңдаған  детальдардан тұратын машина үшін, әрбір детальда кеткен қатенің құны қымбат болатын, сондықтан, деталдарды жасау кезінде аса жоғарғы  дәлдік қажет болды. Нәтижесінде, жобаның  авторы мендетальдарды жасайтын маман  арасындағы келіспеушілікке, және  мемлекеттік қаржыландырудың жетіспеушілігіне байланысты, жоба аяқталмай қалды.

Атақты  ақын лорд Байронның қызы Ада Лавлейс 1843-жылы итальян математигі және инженері Луиджи Федерико Менабреаның 1842-жылы жазылған «Notions sur la machine analytique de Charles Babbage» еңбегін  ағылшыншаға аударып, өз түсініктемелерімен толтырды.  Ада Лавлейстің аты Беббидждің атымен қатар аталады.

«Айырмашылық  машинасының»2-нұсқасының қалпына нұсқасы 1991-жылдан бері Лондондық  ғылым  мұражайында сақталуда. Бұл машина Бэббидж  көрсеткен жоба бойынша  жұмыс жасайды, сондықтан Бэббидждің теориясы дұрыс болғандығына көз  жеткіземіз. Қажетті бөліктерді құру үшін, мұражай сол уақыттағы деталь жасаушы маманның мүмкіндігімен  шектелген машинаны қолданды. Кейбіреулердің айтуы бойынша, сол уақыттағы  технология қажетті дәлдіктегі детальдарды  құруға мүмкіндік бермеген,бірақ  бұл болжам расталмады. Сондықтан  Бэббидждің машина жасау кезіндегі  сәтсіздікке ұшырауының негізгі  себебі ретінде саяси және қаржылық қиындықтар болып есептеледі.

   

ІІІ.2. 1930-1960-жылдардағы стол калькуляторлары.

1900-жылдары  механикалық калькуляторлар, кассалық  аппараттар және есептеуіш машиналар  электр қозғалтқыштарын қолдана  отырып жасалған болатын. Бұл  құрылғыларда тісті сақинаның  күйі айнымалыны сипаттайтын  еді. 1930-жылдардан бастап, Friden, Marchant және Morno сияқты компаниялар арифметикалық  төрт  амалды орындай алатын  механикалық стол калькуляторларын  жасап шығара бастады. «Компьютер»  («есептеуіш») сөзі қызметке байланысты  айтылды (математи калық есептеулерді  орындау үшін калькуляторды қолданатын  адамдарды солай атаған). Манхэттендік  жоба барысында болашақ Нобель  сыйлығының лауреаты Ричард Фейнмен  әскери мақсаттарға қажет дифференциалдық   есептерді шешетін математик-әйелдерді  басқарған болатын. Атақта Станислав  Мартин Улам соғыс аяқтаған  соң,сутегі бомбасының жобасына  қажетті есептеулерді шығарумен  айналысты.

                              

ІІІ.3. Электронды есептеуіш машиналар.

XX ғасырдың I-ші жартысында радиотехника  қарқынды дамыды. Электрондық шамдар  алғашқы электрондық машиналардың  техникалық негізі болды. Бірінші  электрондық машина есептеуіш  машиналардың техникалық негізі  болды. Бірінші электрондық есептеуіш  машина   1946-жылы Пенсильван  университетінде жасалды, оны  ENIAC деп атады.

     ENIAC-тың конструкторлары –Дж.Моучлимен   Дж.Эккерт.*ENIAC-тың салмағы 30 т.және оның 18мың электрондық шамдары болды, бір секундта 5 мың қосу, азайту амалдарын орындай алды.

    Алғашқы ЭЕМ-дер тек бір данадан  болды. Дамыған елдерде ЭЕМ-нің  сериялық шығарлуы 1950 жылдары басталады.

    Бұрыңғы  Кеңестер Одағында  бірінші ЭЕМ 1947-1948-жылдары академик  Сергей Алексеевич Лебедевтың  басшылығымен жасалды, оны МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) пайдалануға енгізілді.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІV. ЭЕМ-нің дамуын бірнеше буындары

                                         

ІV.1 Нөлдік буын.

• Б.э.д.3000-жыл-Ежелгі Вавилонда алғашқы есептегіштер-абак пайда болды.
• Б.э.д.500-жыл-Қытайда абактың «жаңа»  нұсқасы  пайда болды.
• 1492-жыл-Леонардо да Винчи өзінің бір күнделігіндеон тісті сақиналары бар 13-разряды есептегіш құрылғының сызбасын көрсеткен. Бұл сызбалар негізінде жұмыс жасайтын құрылғы XX ғасырдағана жасалынғанмен Леонардо да Винчи жобасының дұрыстығын растады.
• 1623-жыл-Вильгельм Шиккард, Тюбинген  университетінің профессорі, тісті сақиналар негізінде алты разрядты ондық сандарды қосып және азайта алатын құрылғы жасап шығарды. 1960-жылы профессордың сызбасы бойынша қайта жасалып, дұрыс жұмыс жасайтындығын көрсетті.
• 1630-жыл-Ричард Деламейн шеңберлік логарифмдік сызғыш жасады.
• 1642-жыл-Блез Паскаль «Паскалин» -алғашқы нақты жүзеге асырылған және кең танылған цифрлық есептеуіш құрылғыны ұсынды. Құрылғы прототипі бес разрядты ондық сандарды қосып және азайта алатын еді. Паскаль бұндай есептегіштердің оннан астамын жасады, соңғы үлгілері сегіз разрядты сандармен де жұмсай алатын еді.
• 1673-жылы көрнекті неміс философы және математигі Готфрид Вильгельм Лейбниц механикалық калькулятор жасады, ол екілік санау жүйесінің көмегімен көбейту, бөлу, қосу және азайтуды орындай алатын еді.
• Осы кездер шамасында Исаак Ньютон математикалық анализ негіздерін қалады.
• 1723-жыл-неміс математигі және астрономы Христиан Людвиг Герстен,  Лейбниц жұмыстарының негізінде арифметикалық машина жасады. Машина сандарды көбейту кезінде бүтін бөлігін және тізбектелген қосу амалдарының санын есептей алатын еді. Сонымен қатар бұқл машина енгізілген мәліметтерді енгізудің дұрыстығын тексере алатын еді.
• 1786-жыл-неміс әскери инженері Иоганн Мюллер «айырмашылық машина» идеясын ұсынды- бұл машина айырмалық әдіспен есептелетін логарифмдерді табуляциялай алатын еді. Лейбництің тісті доңғалақтары негізінде жасалған бұл машина біршама кішкентай (биіктігі 13см,диаметрі 30см) болғанмен, 14-разрядты сандармен негізгі төрт арифметикалық амалды орындай алатын еді.
• 1801-жыл-Жозеф Маррия Жаккард бағдарлама арқылы басқарылатын тігін станогын құрды, оның жұмысы перфокарталар жиыны көмегімен көрсетілетін еді.
• 1820-жыл-француз Тома де Кальмар арифмометрлерді алғаш рет өндірістік жағдайда шығарды.
• 1822-жыл-ағылшын математигі Чарьлз Бэббидж айырмашылық машинаны (математикалық кестелерді автоматты түрде құруға арналған арифмометр) ойлап тапты, бірақ іс жүзінде көрсете алмады.
• 1855-жыл-Стонгольм қаласында ағайынды Георг және Эдвард Шутц Чарльз Бэббидж жұмыстарының негізінде алғашқы айырмалық машинаны жасады.
• 1876-жыл-орыс математигі П.Л.Чебышев ондықтарды үзіліссіз тасымалдайтын қосқыш аппарат құрды. Бұл ғалым 1881-жылы осы машинаға көбейту және бөлуге арнап қосымша бөліктер жасады.
• 1884-1887жж-Герман Холлерит электірлік табуляциялық жүйе (Холлерит табуляторын) жасап шығарды, бұл жүйе 1890-1900-жылдары АҚШ-тағы,1897-жылы Ресейдегі халық санағына қолданылды.
• 1912-жыл-орыс ғалымы А.Н.Крылов жобасы бойынша қарапайым дифференциалдық теңдеулерді интеграциялауға арналған машина жасалды.
• 1927-жыл-Массачусетс технологиялық университетінде аналогтық компьютер жасап шығарылды.
• 1938-жыл-неміс инженері Конрад Цузе өзінің алғашқы есептеуіш машинасын жасап, оған Z1 деген ат берді (Оның соавторы ретінде Гельмут Шрейердің есімі де аталды).  Бұл толықтай механикалық бағдарламаланатын цифрлық машина еді. Бұл үлгі іс жүзінде қолданылмады. Оның қалпына келтірілген нұсқасы Берлиндегі неміс техникалық мұражайында сақталған. Осы жылы Цузе Z2 машинасын жасауға кірісіп кетті.
• 1941-жыл-Конрад Цузе Z3 машинасын жасады. Бұл машина қазіргі заманғы компьютерлердің барлық қасиеттеріне ие болатын.
• 1942-жыл-Айова штатының университетінде Джон Атанасов және оның аспиранты Клиффорд Берри АҚШ-тағы алғашқы электрондық цифрлық компьютерді жасап бастады. Бұл машина толықтай аяқталмағанмен (Атанасов әскерге кетті), тарихшылардың айтуына қарағанда, американ ғалымы Джон Мочлидің екі жылдан кейін ЭНИАК ЭЕМ-ін шығаруына әсер етті.
• 1943-жылдың басында алғашқы американдық есептеуіш машина – Марк I жасалды. Бұл машина АҚШ әскери-әуе күштерінің  күрделі баллистикалық есептерін шығаруға арналған еді.
• 1943-жылдың соңында арнайы мақсаттарда қолданылатын ағылшын есептеуіш машинасы-Колосс жасалды. Машина фашистіқ Германияның құпия кодтарын шешумен айналысты.
• 1944-жылы Конрад Цузе Z4 машинасын жасап шығарды.
• 1946-жылы алғашқы әмбебап электронды цифрлық есептеуіш машина-ЭНИАК жасап шығарылды.
• Кеңес Одағында алғашқы электрондық есептеуіш машинасы Киевте Сергей Алексеевич Лебедевтің басшылығымен 1950-жылы жасалды.

 

ІV.2. Бірінші буын.            

• Электрондық шамдар пайдаланылған ENIAC және барлық басқа ЭЕМ-дер –ЭЕМ-нің бірінші буынына жатады (1940-1955жылдар).

Оларды  қазіргі ЭЕМ-нің аталары деп  атауға болады. Егер Бэббидж  машинасын  еске алсақ, оны ЭЕМ-нің арғы атасы  деуге болады. Бірінші  буындағы машиналар бірнеше жүздеген шаршы  метр орынды алатын және мыңдаған электрондық  лампалары бар алып, құрылғылар еді.Оларға программалар мен мәліметтерді енгізу үшін перфоленталар және перфокарталар  пайдаланылды. Бұл машиналар үшін программалар  машиналық командалар тілінде құрылды, сондықтан сол  кезде программалауды игеру кез-келген адамға онда мүмкін болмады.

                                     

ІV.3.   Екінші буын.

• 1955-жылдардан бастап келесі , екінші буындағы ЭЕМ-дер пайда бола бастады. Оларда электрондық шамдардың орнына жартылай өткізгіштер-транзисторлар пайдаланады. Олар секундына бірнеше 10 мыңдаған операцияларға жетті. Бағдарламалау тілдері Фортран, Алгол, Кобол қолданыла бастады. Программаларды құру машинаның моделінен тәуелсіз бола бастады. Біраз уақыттан кейін электрондық өндіріс орындары интегралды схемалар (электронды микросхемалар )жасай бастады. Интегралды схема-бұл шағын жартылай өткізгішті крисиалдар, оларда бірнеше жүздеген ,тіпті мыңдаған транзисторлар бар. Сонан кейін, бірнеше жүздеген мың транзисторлардан тұратын жартылай өткізгішті кристалл-үлкен интегралды схема(ҮИС) пайда болды. 

                                               

ІV.4. Үшінші буын

• Интегралды схема негізінде құрастырылған ЭЕМ-дер бұл үшінші буындағы ЭЕМ-дер. Есте сақтау құрылғыларының жаңа түрі магниттік- дискілер пайда бола бастады. 1971-жылы АҚШ-тың «ИНТЕЛ»фирмасы компьютердің фирмасы компьютердің негізгі бөлігі –процессордың жұмысын орындауға қабілетті, өте үлкен интегралдық схеманы алғашқы микропроцессорды жасады. Ол ДК деп атады. Үшінші буындағы ЭЕМ-дер бір машинада бірнеше программаларды қатар орындау мүмкіндігін берді. Мұндай режим мульти-программалық режим деп аталды. Осы кездерде деректер базасы, өндірісті  басқарудың автоматтандырылған жүйелері жасалып, ЭЕМ-дер халық шаруашылығында кеңінен қолдангыла бастады.

                                                     

ІV.5  Төртінші буын

• Қазіргі кезде ЭЕМ-дер бұл төртінші буындағы ЭЕМ-дер қолданылуда. Олар 70-жылдардан бастап өндіріске енді. Бұл ЭЕМ-нің  өзінің жадының көлемі мен есептеу жылдамдығы бойынша ондаған бірінші буындағы ENIAC типті ЭЕМ-дерге тең. 1980 жылдан бастап АҚШ-тың IBM фирмасы ДК шығару бойынша дүниежүзілік нарықта жетекші болып саналады.Ал,1990-жылдан бастап Apple Cororation фирмасы Macintosh маркалы компьютері көпшілікке таныла бастады. Қазақстан РеспубликасыныңҰлттық радиоэлектроника  байланыс орталығы Германияның Siemens фирмасымен бірлесіп, мектептерге арналған дербес компьютерлерді шығару ісін жолға қойды.

Мен ЭЕМ-нің  төрт буынын қысқаша қарастырдым. Олардың  бір-бірінен айырмашылықтары көп, бірақ барлығына тән ерекшелігі бар. Олармен жұмыс істеу үшін арнайы тілді қолдану керек, әйтпесе  олар бізді түсінбейді. Бұл үшін  белгілі программалау тілінде жазуымыз керек.

Қазіргі заманғы жалпы мақсаттағы компьютер. Қазіргі заманғы компьютерлерді қарастырған кезде, олардың бұрынғы есептеуіш машиналардан бір маңызды ерекшелігін байқаймыз: қажетті бағдарламаларды қолдану арқылы кез-келген компьютер басқа бір компьютердің әрекеттерін орындай алады (әрине, бұл мүмкіндік мәліметтерді сақтау құрылғыларының сыйымдылығымен және жылдамдықпен шектеледі). Осылайша, қазіргі заманғы компьютерлер болашақта құрылатын кез-келген есептеуіш техниканың жұмысын эмуляциялай алады деп есептеледі. Бұл қабілет арқылы жалпы мақсаттағы компьютерлерді және арнайы мақсаттағы құрылғыларды ажыратуға болады.

    Алғашқы  компьютерлер тек қана есептеулер  үшін қолданылған болатын ("компьютер"  және "ЭЕМ" терминдерінің шығу  тегі де осыған байланысты). Ең  қарапайым деген компьютерлердің  өзі бұл салада адамдардан  асып түседі. Ең алғашқы шыққан  бағдарламалау тілі - Фортран тілі  де осы себепті тек қана  есептеулер шығаруға арналған  болатын.

Компьютер (ағылшынша: computеr «есептегіш» ЭЕМ (электрондық есептеуіш машина) - есептеулерді жүргізуге, және ақпаратты алдың-ала белгіленген алгоритм бойынша қабылдау, қайта өңдеу, сақтау және нәтиже шығару үшін арналған машина.  Компьютер дәуірінің бастапқы кезендерінде компьютердің негізгі қасиеті-есептеу деп саналатын. Қазіргі кезде олардың негізгі қызметі –басқару болып табылады.

Компьютер - сөзі ағылшын тілінің ағылшынша :to compute,ағылшынша :computer  сөздерінен шыққан.Бұл сөздер «есептеу»,»есептегіш»мағынасында аударылады(ағылшын сөзі, өз кезегінде,латын тілінің латынша:computo-«есептеймін»сөзінен шыққан). Алғашында ағылшын тілінде бұл сөз механикалық құрылғыларды қолданбай немесе қолдана отырып, арифметикалық есептеулер жүргізетін адамға қатысты айтылған. Содан кейін бұл сөз машиналарға қатысты айтылатын болды, бірақ, қазіргі заманғы компьютерлер математикамен тікелей байланысты  емес, мәселелермен де айналысады.

  Компьютер –сөзінің анықтамасы алғаш рет  1897-жылы ағылшындық Оксфорд сөздігінде пайда болған болатын. Бұл сөздікте  компьютер механикалық есептеуіш құрылғы ретіде көрсетілген.1946-жылы бұл сөздікте цифрлық компьютер, аналогтық есептеуіш машинасы және электронды  компьютер түсініктерінің мағынасы ажыратылып көрсетілді.

Негізгі принциптері: Өзінің алдына қойылған тапсырманы орындау үшін компьютер механикалық  бөліктердің орын ауыстырлуын, электрондардың ,фотондардың, кванттық бөлшектердің ағынын немесе басқа да жақсы зерттелген физикалық құбылыс әсерлерін  қолданады.Көбімізге компьютердің ең көп тараған түрі-дербес компьютер(ДК) бәрімізге жақсы таныс.

Компьютер архитектурасы алға қойылған мәселені, зерттеліп отырған физикалық  құбылысты максималды айқын көрсетіп, модельдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, электрондық ағындар бөгеттер салу кезіндегі су ағынының үлгісі ретінде  қолданлуы мүмкін. Осылай құрастырылған  аналогтық компьютерлер XXғасырдың 60-жылдары көп болғанмен, сирек   кездеседі.

Қазіргі заманғы компьютерлердің басым  бөлігінде алға қойылған мәселе әуелі  математикалық терминдерде сипатталады, бұл кезде барлық қажетті ақпарат  екілік жүйеде (бір және ноль  ретінде) көрсетіледі, содан кейін оны  өңдеу үшін қарапайым логика алгебрасы  қолданылады. Іс жүзінде барлық математикалық  есептерді бульдік операциялар  жиынына айналдыруға болатындықтан, жылдам жұмыс жасайтын электронды  компьютерді математикалық есептердің, сонымен қатар, ақпаратты басқару  есептерінің көпшілігін шешу үшін қолдануға  болады.       

Бірақ, компьютерлер кез-келген математикалық есепті шеше алмайды. Компьютер шеше алмайтын есептерді  ағылшын математигі Аланом Тьюринг  сипттаған болатын. Орындалған есеп нәтижесі пайдаланушыға әр-түрлі  енгізу-шығару құрылғыларының көмегімен  көрсетіледі, мысалы, лампалық индикаторлар, мониторлар, принтерлер және т.б.

       Компьютер-жай ғана машина, ол  өзі көрсетіп тұрған  сөздерді  «түсінбейді» және өз бетінше  «ойламайды». Компьютер тек қана  бағдарламада көрсетілген сызықтар  мен түстерді енгізу-шығару құрылғыларының  көмегімен механикалық түрде  көрсетеді. Адам миы экрандағы  көріністі қабылдап,оған белгілі  мән береді.

Қазіргі кездегі қолданыстағы  компьютерлердің  көпшілігі  бұқаралық дербес компьютерлер  тобына жатады. Қазір компьютерларді өлшемдері бойынша үстелдік (desktor), ықшам (notebook), қалталық (palmtop)  деп  бөлуге болады.

Компьютер техникасының экспоненциалды дамуы. Егер есептеуіш құрылғылардың 1900-жылдан бастап даму тарихына көз жүгіртетін болсақ, машиналардың жұмыс өнімділігі әрбір 18-24 айда екі есеге өсіп отырғанын байқаймыз. Бұл ерекшелікті алғаш рет 1965 жылы  «Intel»компаниясының басшыларының бірі Гордон Е.Мур сипаттаған болатын. Комьпютерлер көлемінің кішірею процессі де осындай жылдамдықпен жүріп келеді. Алғашқы электрондық есептеуіш машиналар көптеген тонна салмағы бар, бірнеше бөлмеде орналасқан үлкен құрылғылар болатын. Олардың қымбат екені сонша, оларды тек үкіметтер мен үлкен зерттеу ұйымдары  ғана пайдалана алатын еді. Олармен салыстырғанда, қазіргі заманғы компьютерлер біршама қуатты,кішкентай және арзан болып табылады.

Физикалық жүзеге асыру.  Компьтерлерді жіктеу үшін оларды құру кезінде қолданылған технологияларды пайдалануға болады. Бастапқыда компьтерлер толықтай механикалық жүйе болғандығы белгілі. Соған қарамастан, ХХ ғасырдың 30-жылдары теллокоммуникациялық өндіріс электромеханикалық компоненттерді ұсынады,  ал 40-жылдары вакуумдық электрондық лампалар негізінде құрылған толықтай электрондық компьютерлер жасалды. 50-60 жылдары лампалардың орнына транзисторлар келді, ал 70 жылдардың басында –қазірге кезге дейін қолданылатын интегралдық жүйелер пайдаланыла басталды. Бұл тізім толық деп айта алмаймыз; ол тек есептеуіш техниканың негізгі даму сатысын ғана көрсетеді. Әр кезеңдерде көптеген түрлі технологиялар қолданылған болатын. Мысалы, гидравликалық және пневматикалық компьютерлерді жасау мүмкіндігі қарастылған, ал 1903-1909 жылдары Перси И.Луджет атты өнертапқыш тігін механизмінің негізінде жұмыс жасайтын аналитикалық машина жобасын құрған болатын. Қазіргі кезде оптикалық компьтерлердің жобасы жасалуда. Бұл компьютерлер электр сиргналдарының орнына жарық сигналдарын қолданады. Басқа бағыт бойынша молекулярлық бология және ДНҚ зерттеулерінің жетістіктерін қолдану қажет. Ақыр аяғында, есептеуіш техника саласындағы өте үлкен өзгерістерге әкелуі мүмкін тәсілдердің бірі кванттық компьютерлерді жасауға негізделген.